Naslov (srp)

Спекулативно извршавање инструкција са непрецизно предвиђеним операндима : докторска дисертација

Autor

Radenković, Uroš, 1993-

Doprinosi

Radivojević, Zaharije, 1978-
Nikolić, Boško, 1972-
Šuštran, Živojin, 1987-
Milovanović, Vladimir, 1981-
Cvetanović, Miloš, 1978-
El Mezeni, Dragomir, 1985-

Opis (eng)

Speculative execution is a hardware-level technique that processors use to improve execution time.This technique represents doing some work in advance without knowing if it really needs to bedone. The value prediction mechanism is a speculative instructions execution technique that allowsfor solving data dependency problems, where some (dependent) instruction cannot continueexecution because it has to wait for the result of another instruction that has not yet been completed.In such a situation, the value missing from the instruction can be predicted, and the instruction cancontinue to execute speculatively.This dissertation's research subject is the speculative execution of certain types of instructions withimprecisely predicted operands. In contrast to using value predictors to predict the result of aninstruction, the dissertation considers predicting operands. After that, the result of the instruction iscalculated based on the predicted operand and a known operand whose value is immediatelyavailable to the processor (register value or immediate value). Predicted operands are those that arenot immediately available to the processor, i.e. operands that originate from memory.The goal of the research is to show the phenomenon that it is possible to get the correct result ofcertain types of instructions even in situations with imprecisely predicted operands, which avoidsspending processor time on misprediction recovery. For this purpose, two analytical models ofspeculative instruction execution with operand value prediction were developed. The first modelrepresents execution only with exactly predicted operands and in the case of an impreciselypredicted operand, recovery from a misprediction is mandatory. The second model allows executionto continue even if the operand is imprecisely predicted if the result of the instruction is true, thusavoiding misprediction recovery.For the purposes of evaluating the proposed models, a VPSim simulator was developed thatexecutes instructions with the prediction of operand values. Also, the Gem5 simulator has beenupgraded to generate execution traces of SPEC and EEMBC tests that represent inputs of theVPSim simulator. Based on the results of the simulations, the conditions under which the secondmodel achieves a better execution time than the first are described. Also, the simulation resultsshowed that the precision of the correct result of the instruction based on the predicted operand ishigher than the precision of the correctly predicted operand, between 0.8% and 44%, depending onthe predictor.

Opis (srp)

Спекулативно извршавање је техника на нивоу хардвера коју процесори користе како бипобољшали време извршавања. Ова техника представља извршавање неког посла унапред незнајући да ли је заиста потребно извршити га. Механизам предвиђања вредности је техникаспекулативног извршавања инструкција која омогућава да се реши проблем зависности поподацима, где нека (зависна) инструкција не може да настави извршавање зато што мора дасачека резултат друге инструкције која још увек није завршена. У таквој ситуацији, вредносткоја недостаје инструкцији може се предвидети и инструкција може наставити да сеизвршава спекулативно.Предмет истраживања ове дисертације је спекулативно извршавање одређених типоваинструкција са непрецизно предвиђеним операндима. За разлику од коришћења предикторавредности за предвиђање резултата инструкције, у склопу дисертације разматра сепредвиђање операнада. Након тога се израчунава резултат инструкције на основупредвиђеног операнда и познатог операнда чија је вредност одмах доступна процесору(вредност регистра или непосредна вредност). Операнди који се предвиђају јесу они којинису одмах доступни процесору, а то су операнди који потичу из меморије.Циљ истраживања јесте приказивање феномена да је могуће доћи до тачног резултатаодређених инструкција и у ситуацијама са непрецизно предвиђеним операндима чиме сеизбегава трошење процесорског времена на опоравак од промашаја. У сврху тога развијенасу два аналитичка модела спекулативног извршавања инструкција са предвиђањемвредности операнада. Први модел представља извршавање само са тачно предвиђенимоперандима и у случају непрецизно предвиђеног операнда, опоравак од промашаја јеобавезан. Други модел дозвољава да се извршавање настави иако је операнд непрецизнопредвиђен уколико је резултат инструкције исправан, чиме се избегава опоравак одпромашаја.За потребе евалуације предложених модела развијен је симулатор VPSim који извршаваинструкције са предвиђањем вредности операнада. Такође, надограђен је симуалтор Gem5 загенерисања трагова извршавања тестова SPEC и EEMBC који су улаз симулатора VPSim. Наоснову резултата симулација описани су услови под којима други модел постиже боље времеизвршавања од првог. Такође, резултати симулација су показали да је прецизност тачногрезултата инструкције на основу предвиђеног операнда већа од прецизности тачногпредвиђеног операнда између 0,8% до 44% у зависности од предиктора.

Opis (srp)

Електротехника и рачунарство - Рачунарска техника и информатика / Electrical Engineering and Computing - Computer Engineering and Informatics Datum odbrane: 22.05.2024.

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Arhitektura računara

предвиђање вредности, спекулативно извршавање, архитектура рачунара, анализа перформанси

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Arhitektura računara

value prediction, speculative execution, computer architecture, performance evaluation